[發明專利]用于交錯并聯型雙向DC/DC變換器的模糊自整定PID控制算法

有效

• 申請號: 202110381265.0
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113014098B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 孟凡剛;沈陽;高蕾;宮大東;張偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;威海天力電源科技有限公司;威海天凡電源科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 張常勝

本發明公開了一種用于交錯并聯型雙向DC/DC變換器的模糊自整定PID控制算法，屬于電力電子技術領域。本發明針對常規PID控制方法系統動態響應速度相對較慢，難以滿足實際電源系統的正常工作需求的特點提出了模糊自整定PID控制算法，模糊控制的引入使得電流和電壓的動態響應速度變快、超調量減小、電流跟蹤精度變高；針對實際工作系統各元件參數難以精確測量的問題，模糊控制可以在被控系統參數不確定的情況下保證控制效果。本發明所述控制過程的設計比較簡單，控制系統的響應速度較快，動態特性和靜態特性較好，表現出較強的穩定性和魯棒性，可應用于需要電能雙向傳輸與變換等場合。

技術領域

本發明設計一種用于交錯并聯型雙向DC/DC變換器的模糊自整定PID控制算法，屬于電力電子技術領域。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，電力電子變換器得到了越來越廣泛的應用。在貨運卡車的車載雙電源系統、直流不停電電源系統、混合電動汽車中的輔助電力供應系統、移動發電系統、新能源并網與儲能系統等場合，要求電力電子變換器能夠實現電能的雙向傳輸與變換。在這些場合，由于具有電壓電流應力小、輸出電壓電流紋波小、通態損耗低、高功率密度和高可靠性等優點，基于同步四開關Buck-Boost的雙向DC/DC變換器得到了廣泛應用。

常規PID控制方法是基于同步四開關Buck-Boost的雙向DC/DC變換器常用的控制方法。但是，應用于實際電源系統的交錯并聯型雙向DC/DC變換器要求具有較快的響應速度，該控制方法系統動態響應速度相對較慢，難以滿足實際電源系統的正常工作需求。同時，如果采用常規的PID參數整定規則，由于實際工作系統各元件參數的不確定性，難以通過理論計算出精確的PID參數，故控制效果很難得到保證。

模糊自整定PID控制算法常用于復雜控制系統，例如被控對象是非線性和時不變的控制系統。相較于常規PID控制方法，采用模糊控制變換器的控制系統具有良好的動態特性和靜態特性，例如電流和電壓的動態響應速度快、超調量小、電流跟蹤精度高、電流內環的均流效果好等。此外，采用模糊控制的系統不需要知道被控對象的精確數學模型，就能夠有效提高系統的穩態特性、響應速度和魯棒性能。因此，將模糊自整定PID控制算法應用于交錯并聯型雙向DC/DC變換器的控制系統中，不僅能夠縮短系統動態響應時間、進一步減小超調量、提高電流跟蹤精度，還可以在被控對象參數不確定的情況下保證控制效果，更好地適應實際電源系統的工作需求。雖然模糊控制具有上述優點，但是，其在應用中的主要問題是模糊規則和比例系數的修正較為復雜，若調整不當控制效果難以達到預期。

發明內容

為克服常規PID控制方法應用于交錯并聯型雙向DC/DC變換器的不足，本發明提出了一種模糊自整定PID控制算法。該方法首先使用常規PID控制方法來實現基本的控制效果，再在電壓控制器和電流控制器中運用模糊控制來改善系統的動態特性，如在負載參數變化時提高系統動態響應速度、減小超調量，同時也能改善系統的穩態特性，如提高電流跟蹤精度。兩相電流環相同的電感電流參考值可以在元件參數不完全相同時達到均流效果。

為了實現上述目的，交錯并聯型雙向DC/DC變換器的模糊自整定PID控制算法按以下步驟實現，包括：

步驟1，建立交錯并聯型雙向DC/DC變換器小信號模型；

步驟2，根據小信號模型等效電路求出傳遞函數G_id(s)、G_vd(s)、G_vi(s)；

步驟3，建立控制系統框圖；

步驟4，以剪切頻率和轉折頻率最優為原則設計電流環和電壓環的PI參數；

步驟5，選擇模糊控制器的輸入變量，確立模糊化方法；

步驟6，設計電壓模糊PI控制器和電流模糊PI控制器的模糊控制規則；

步驟7，確立反模糊化方法和模糊控制器輸出后的工作過程；